Støkiometri (mengdeforhold)

Transkript

1 Støkiometri (mengdeforhold) Det er særs viktig i kjemien å vite om mengdeforhold om stoffer. -En hodepine tablett er bra mot hodesmerter, ti passer dårlig. -En sukkerbit i kaffen fungerer, 100 er slitsomt gram svartkrutt er bra i fyrverkeri, 100 kg blir en bombe. -30 milligram Ketogan virker smertestillende, 300 mg er dødelig Stoicheion Grunnstoff Metron Måling 1

2 De fleste vet at når hydrogen reageres med oksygen så får vi vann. Hydrogen + Oksygen Vann Dersom vi skriver denne reaksjonslikningen ved bruk av kjemiske tegn: H + O H 2 O Den smarte observatør ser at denne likningen er ubalansert, på venstre side av likningen har vi ett hydrogen mens vi har to på høyre side. Balansert likning: 2H + O H 2 O Vi trenger 2 hydrogen og 1 oksygen for å få 1 vann. 2

3 Før vi blir for kjemiske, la oss lage en av mine favoritt retter Banansplitt 3

4 Ved nærmere studie av banansplitten ser vi at det er 3 iskuler og 1 banan i splitten vår. Fylt med vår kunnskap, la oss sette opp reaksjonslikningen for lagingen av banansplitt 3 Iskuler + 1 Banan 1 Banansplitt Ved en romantisk dessert for to er det lurt å lage to banansplitt, hvordan blir reaksjonslikningen vår da? (Hint; alt må ganges med 2 ) 2 3 Iskuler Banan 2 1 Banansplitt Likningen blir således: 6 Iskuler + 2 Bananer 2 Banansplitt 4

5 Ryktet går og du regnes som en av verdens dyktigste banansplittmakere. Pågangen er stor og du lager mange banansplitter, nemlig stk Hvordan blir reaksjonslikningen vår da? Iskuler Bananer Banansplitt Samme prinsippet som tidligere følges. Tallet er ikke tilfeldig valgt. Dette går igjen overalt i kjemien og er et fundamentalt viktig tall. I stedet for å kløne rundt med et slikt stort tall, setter vi verdien til å være = 1 mol. Dette er akkurat det samme som at vi sier at = 1 million, = 1 milliard eller 1 dusin = 12. 5

6 Vår litt store reaksjonslikning blir da: Iskuler Bananer Banansplitt 3 mol Iskuler + 1 mol Bananer 1 mol Banansplitt 6

7 Nå vet vi at molekyler = 1 mol molekyler Dette vil si at dersom vi har vannmolekyler er det samme som 1 mol vannmolekyler. Dersom vi skal lage oss 1 mol vannmolekyler må vi gjøre som følgende: 2 mol H-atomer + 1 mol O-atomer 1 mol H 2 O-molekyler 7

8 Stoffmengde, masse og molar masse Antall atomer/molekyler/partikler kalles stoffmengde og har enhet mol. Dette forkortes med n. Dersom vi går tilbake til vannreaksjonen vår 2 mol H-atomer + 1 mol O-atomer 1 mol H 2 O-molekyler Når vi skal lage 1 mol vannmolekyler er det ikke slik at vi teller H-atomer og blander dette med telte O-atomer. Det blir ALT FOR TUNGVINT Har noen av dere et forslag eller en ide til hvordan vi kan bestemme stoffmengder? 8

9 Den vanlige metoden er å bestemme massen til et stoff ved bruk av en vekt. Massen har enhet gram og forkortes med m. Dersom jeg lar 2 gram H-atomer reagere med 16 gram O-atomer vil jeg få 18 gram H 2 O-molekyler som igjen vil være 1 mol vann. Hvordan vet jeg dette? Vi gjør om stoffmengde til masse (vekt) via molar masse som har enhet gram/mol og forkortes med M. Massen av ett mol av en kjemisk forbindelse kalles den molare massen til stoffet. Molar masse er lik fomelmassen til et stoff som igjen er lik summen av atommassene til forbindelsen vår. Atommasse er massen til et bestemt atom uttrykt i enheten u. 1 u = 1/12 av massen til et nøytralt atom av nukliden 12 C. 9

10 Atommasser for alle grunnstoffene finner vi i periodesystemet Eksempler Atom Atommasse H 1.01 u O u Fe u Br u Eksempler Stoff Formelmasse Molar masse H u 2.02 g/mol O u g/mol H 2 O u g/mol 10 FeBr u g/mol

11 Sammenhengen mellom stoffmengde (n), masse (m) og molar masse (M) molarmasse Med symboler blir dette M m n masse stoffmengde DETTE ER DEN VIKTIGSTE SAMMENHENGEN VI HAR I KJEMI 11

12 Noen eksempler Hvor mange mol er det i 53.5 gram sukker (C 12 H 22 O 11 ), den mengde sukker som er i 0.5 L Fanta brus. Først må vi finne molarmassen til sukker: M C12H22O11 (12 x x x 16.00) g/mol g/mol Deretter må sette tallene inn i formelen vår: n M m 53.5 g g/mol mol Hvor mange sukkermolekyler er dette? mol x 6.022x x10 22 molekyler 12

13 Motsatt vei Hvor mange gram tilsvarer 1.5 mol FeSO 4? Først må vi finne molarmassen til FeSO 4 : M FeSO 4 ( x 16.00) g/mol g/mol Deretter gjør vi om til masse (gram): m nm 1.5 mol x g/mol g 13

14 Stoffmengde, volum og konsentrasjon Som oftest har vi kjemiske reagenser i løsninger. Medisiner Forurensning i en innsjø Sukker i Cola Det er svært viktig at vi vet hvor mye stoffmengde vi har i løsningen. Konsentrasjonen til en forbindelse er avhengig av hvor mye stoffmengde vi har i volumet av løsemidlet. 14

15 Sammenheng mellom konsentrasjon (c), stoffmengde (n), og volum (V) konsentrasjon Med symboler blir dette c n V stoffmengde volum DETTE ER DEN NEST VIKTIGSTE SAMMENHENGEN VI HAR I KJEMI 15

16 Det er veldig hensiktsmessig for oss kjemikere å benytte oss av mol for stoffmengde og liter for enhet for volum. Konsentrasjon blir da oppgitt som mol/liter og har enhet molaritet og benevning M. konsentrasjon mol liter molaritet La oss ta et eksempel: Vi blander 1 mol glukose (C 6 H 12 O 6 ) i 1 L vann. Hva er konsentrasjonen av glukose i vann? c = n/v = 1 mol/1 L = 1 M Dette skrives gjerne: [C 6 H 12 O 6 ] = 1 M 16

17 Fortynningsloven Det er viktig å kunne fortynne løsninger riktig. Som et eksempel så har flere pasienter har mistet livet ved norske sykehus grunnet feil fortynning av medisiner og pga dette fått en overdose. Som tidligere vist: c n V Vi løser 1 mol etanol i 1 liter vann er konsentrasjonen av etanol: Dersom vi nå adderer 9 L vann vil totalvolumet vårt være 10 L. c c 1mol 10L V n 1mol 1L V n 1M 0.1M Vi har fått en fortynning. Det som er viktig her er at n 1 = n 2 er like 17 Dvs. stoffmengden er den samme i begge tilfeller

18 Fra: n 1 = n 2 Får vi fortynningsloven: c 1 V 1 = c 2 V 2 Et eksempel: Vi har 1.2L 0.5M EPO og fortynner med 0.8L vann. Hva blir den nye konsentrasjonen? c 1 = 0.5M, V 1 = 1.2L, V 2 = 1.2L + 0.8L = 2.0L Vi bruker fortynningsloven. c c V V 1.2L 0.5M 2.0L M 18

19 Balansering av kjemiske reaksjonslikninger La oss prøve med en komplisert reaksjonslikning Det kjemiske resultat av fotosyntesen 19

20 I fotosyntesen gjøres CO 2 og H 2 O om til C 6 H 12 O 6 og O 2 CO lys 2 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + O 2 Venstre side: 1C, 2H, 3O Høyre side: 6C, 12H, 8O Karbon: Setter 6 foran CO 2 (element som forekommer i en reaktant eller ett produkt) 6CO 2 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + O 2 Venstre side: 6C, 2H, 13O Høyre side: 6C, 12H, 8O Hydrogen: Setter 6 foran H 2 O (element som forekommer i en reaktant eller ett produkt 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + O 2 Venstre side: 6C, 12H, 18O Høyre side: 6C, 12H, 8O Oksygen: Setter 6 foran O 2 (element som forekommer i flere reaktanter eller produkter) 6CO 2 + 6H 2 O 1C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Venstre side: 6C, 12H, 18O av hver type atom på begge sider av reaksjonslikningen) Høyre side: 6C, 12H, 18O (sjekke samme antall 20